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\chapter{Python 简介与环境搭建}

本章将介绍 Python 编程语言的起源和特性，如何在本地环境中安装和配置 Python，以及简单的交互式编程尝试。通过这些基础内容，读者将对 Python 有初步的了解，并为后续章节的深入学习做好准备。

\section{Python 的发展背景与特性}

Python 由 Guido van Rossum 于 20 世纪 90 年代初在荷兰国家数学与计算机科学研究所（CWI）开发，是一种以易读、易用为目标的高级编程语言。Python 的主要特性包括：

\begin{itemize}
    \item \textbf{易读易写}：Python 强调可读性，其代码风格简洁明了，初学者易于上手。
    \item \textbf{丰富的标准库与第三方库生态}：Python 的标准库涵盖广泛，科学计算、数据处理、Web 开发、机器学习、图像处理等领域都有成熟的库支持（如 NumPy、Pandas、Matplotlib、TensorFlow、Flask 等）。
    \item \textbf{跨平台与可扩展性}：Python 程序可在 Windows、macOS、Linux 等主流操作系统上运行，并能通过 C/C++ 扩展，提高执行效率或重用已有组件。
\end{itemize}

\section{Python 的安装与运行环境}

在开始写 Python 程序前，我们需要在本机安装 Python 解释器。常用的安装方式有：

\subsection{通过 Python 官网安装}

访问官方地址 \url{https://www.python.org/downloads/}，根据您的操作系统选择对应的版本并安装。安装完成后，可在终端（macOS/Linux）或命令提示符（Windows）下输入：
\begin{minted}{bash}
python --version
\end{minted}
或
\begin{minted}{bash}
python3 --version
\end{minted}
来查看已安装的 Python 版本号。如果显示出类似 \texttt{Python 3.x.x}，则说明安装成功。

\subsection{通过 Anaconda 分发版}

如果您准备从事科学计算和数据分析，Anaconda 是一个很好的选择。它自带了科学计算所需的许多库和工具，省去了自行安装的麻烦。请访问 \url{https://www.anaconda.com/products/distribution} 下载并安装相应版本。安装成功后，可在终端中输入：
\begin{minted}{bash}
conda --version
\end{minted}
\begin{minted}{bash}
python --version
\end{minted}
验证 conda 和 python 是否安装成功。

\section{交互式运行与基础示例}

安装好 Python 后，可以通过多种方式运行 Python 代码：

\begin{enumerate}
    \item \textbf{交互式解释器}：在终端中输入 \texttt{python} 或 \texttt{python3}，会进入交互式模式，可以逐行输入命令并立即查看结果。这对于试验小段代码非常有用。
    \item \textbf{编写脚本文件}：将 Python 源代码保存为 \texttt{.py} 文件，然后在终端执行 \texttt{python filename.py} 运行代码。
    \item \textbf{集成开发环境（IDE）或编辑器}：使用如 VSCode、PyCharm、Jupyter Notebook 等工具编写、运行和调试 Python 程序，更加高效便捷。
\end{enumerate}

下面是一个简单的 Python 程序示例（对应代码已存放于 \texttt{code/hello.py} 文件中），用于展示 Python 的基本输入输出功能：


\inputminted{python}{code/hello.py}


将上述代码保存为 \texttt{hello.py} 后，可在终端执行：
\begin{terminalbox}
python hello.py
\end{terminalbox}
运行结果将显示：
\begin{outputbox}
Hello, Python!
\end{outputbox}

此例展示了 Python 程序的基本结构与执行流程。在后续章节中，我们会进一步探讨 Python 的数据类型、控制结构、函数与模块，以及面向科学计算的常用库和实际应用案例。

本章通过介绍 Python 的历史背景、安装配置以及简单示例，期望读者已具备对 Python 的初步认识。在下一章，我们将深入探讨 Python 的基本语法与数据类型，为后续的科学计算与数据分析实践奠定坚实基础。